JPWO2007111130A1 - レーダ装置および移動体 - Google Patents

Abstract

信号処理回路（１）は異なる複数のタイミングで、レーダ装置（１００）が搭載された自車（１０１）に一定速度で近づく対向車（１０２）の距離（Ｌ１），（Ｌ２）および相対速度のレーダ装置方向成分（Ｖｍｏｄ１），（Ｖｍｏｄ２）を検出する。自車（１０１）と対向車（１０２）との最接近距離（ｒ）は、自車（１０１）と対向車（１０２）とが横に並びすれ違う時である。信号処理回路（１）は、相対速度が一定であることを利用するとともに三平方の定理を利用して、距離（Ｌ１）と最接近距離（ｒ）と相対速度のレーダ装置方向成分（Ｖｍｏｄ１）とにより表させる相対速度と、距離Ｌ２と最接近距離（ｒ）と相対速度のレーダ装置方向成分（Ｖｍｏｄ２）とにより表させる相対速度とが一致することを示す式から最接近距離（ｒ）を算出する。

Description

この発明は、電磁波を用いて物体の検知を行うレーダ装置および当該レーダ装置を備えた移動体に関するものである。

従来、特許文献１に記載の捜索追跡支援装置のように、レーダ装置画像の情報から追跡目標とする検知物体の２次元移動速度を推定し、追跡目標の検知物体の２次元移動速度と自身が追跡を行う際の２次元移動速度とから、追跡目標の検知物体の最接近時間、位置を検知するものがある。

このような装置では、検知物体の２次元移動速度と自身の２次元移動速度とから最接近距離（この従来例の場合は、最接近距離＝「０」）を算出することができる。

また、従来、車両用のレーダ装置では、ビームを方位角方向に走査し、ターゲットからの反射強度が最大になるビームの方位角方向をターゲットの方位角方向として求める。しかし、その方法では、ターゲットが正面方向の上方にあり、すれ違いが可能な場合にもターゲットが走行の障害になるものとして判定することになり、陸橋・道路標識等の下を通過する前に誤って警報が出力されたり制動が掛かったりするといったことになりかねない。

一方、ターゲットの高さ情報を得ることによりターゲットとすれ違えるかどうかを判定できるレーダ装置が特許文献２〜６に示されている。

特許文献２には、マルチパスの影響が表れるか否かによって、静止しているターゲットの高さを判定する方法が示されている。

特許文献３には、アンテナを機械的に動かしてビームを水平方向に走査し、フェイズドアレイアンテナを用いてビームを垂直方向に走査する構成が示されている。

特許文献４には、周波数によって放射方向が変わる進行波型アンテナを用い、まず周波数を変化させて、物体がどの仰角にいるかをパルス強度で判断してから、その仰角方向に対応する周波数を中心としてＦＭ−ＣＷ変調を行い、電子スイッチ切り換えて水平走査を行うことによって坂道等にも対応できるようにした構成が示されている。

特許文献５には、進行波型アンテナを用い、周波数の切り換えによってまたは移相器を用いて上下方向にビームを走査する構成が示されている。

特許文献６には、水平方向に電子走査、垂直方向に位相モノパルス方式でそれぞれ走査を行って検知を行う構成が示されている。
特開２００１−３３０６６４号公報 特開２００１−１５３９４６号公報 特開２００３−２０７５５９号公報 特開２００４−１０１３４７号公報 特開２００４−２２６１５８号公報 特開平１１−２８７８５７号公報

特許文献１の装置では、自身に対して検知物体がいずれの方位に存在し、いずれの方向に移動しているかを検知して、検知物体に対する距離の測定を高精度に行うことができるが、方位（方位角）の検知は高精度に行うことが難しく、方位角検知精度が低くなる。このように精度の低い方位角を用いて２次元移動速度を算出して用いるため、推定算出される最接近距離は或る程度の誤差を含むこととなる。特許文献１のようにレーダ装置画像を用いながら追跡を行う場合は、このような誤差も或る程度許容されるが、正面方向から接近する自動車等を検知対象とする自動車搭載用のレーダ装置では、衝突回避の観点からこのような誤差は望ましくない。

また、特許文献１の装置で最接近距離を高精度に算出しようとすれば、サンプリング点数を多く取らなければならず、最接近距離の算出時間が長くなる。ところが、自動車搭載用レーダ装置では、対向車と自車との相対速度が速く、船舶等と比較して近距離で検知、衝突回避処理を行うため、素早く最接近距離を算出しなければならない。

一方、特許文献２ではマルチパスの影響が表れる距離から高さを求めているが、実際にはレーダ装置での検出出力を上下させる要因が走行中の車両の振動等、マルチパス以外にも存在するため、受信レベルが極小になる距離からターゲットの高さを求めることは困難である。

また、特許文献３〜６ではいずれもビームを水平方向（方位角方向）だけでなく、垂直方向（仰角方向）にも走査させることによってターゲットの高さを求めるものであり、ビーム走査に時間がかかり、処理系が複雑になって全体の装置が大がかりになる等の問題があった。

そこでこの発明の目的は、高精度且つ高速に最接近距離を算出することができるレーダ装置、および、該レーダ装置を備え正確に衝突回避を行うことができる移動体を提供することにある。

また、この発明の目的は、物体の高さを含む、レーダ装置に対する物体の３次元相対位置関係を、仰角方向への走査を行うことなく求めるようにして、正確な衝突回避を行うことができるレーダ装置および移動体を提供することにある。

（１）この発明は、送信信号を送信し、当該送信波の反射信号を受信して検出信号を出力する送受信手段と、検出信号に基づいて自装置に対する物体の距離および相対速度を検知する物体検知手段と、を備えたレーダ装置に関するものである。そして、この発明のレーダ装置の物体検知手段は、検出信号から得られる自装置に対する前記物体の距離の変化と、前記物体の相対速度の変化とに基づいて、物体の最接近距離を算出することを特徴としている。

この構成では、送受信手段は、所定信号の送信信号を送信し、検知領域内に存在し、自装置に一定速度で近づく物体からの反射波を受信し、反射信号に基づく検出信号を生成して物体検知手段に出力する。物体検知手段は、取得した検出信号に基づいて複数タイミングでの距離や相対速度のレーダ装置方向成分を算出する。そして、距離および相対速度のレーダ装置方向成分の時間変化量に基づいて、検知物体のレーダ装置への最接近距離を算出する。

具体的に、最接近距離ｒは次のように算出される。図５は最接近距離ｒの算出方法を説明するための図であり、１０１がレーダ装置搭載の自車、１０２が検知対象となる自車１０１に一定速度で近づく対向車である。

ある第１タイミングでの検知距離をＬ１、相対速度のレーダ装置方向成分をＶｍｏｄ１として、これに近い第２タイミングでの検知距離をＬ２、相対速度のレーダ装置方向成分をＶｍｏｄ２とする。

第１タイミングでの対向車１０２の相対速度（進行方向の相対速度）をＶ１とし、進行方向距離をｘ１とし、方位角をθ１とすると、（１）式が成り立つ。

同様に、第２タイミングでの対向車１０２の相対速度（進行方向の相対速度）をＶ２とし、方位角をθ２とすると、（２）式が成り立つ。

ここで、前述のように相対速度が一定であるので、時間的に極近い二つのタイミングで得られる相対速度は同じとなる（Ｖ１＝Ｖ２）。（１）式、（２）式より、

三平方の定理より、各タイミングで次式が成り立つ。

（３）、（４Ａ）、（４Ｂ）を用いることで、式（５）が得られる。

式（５）を最接近距離ｒに関して変形すると、

となる。

これは、検知物体の距離と相対速度のレーダ装置方向成分とのみで最接近距離が算出されることを意味する。そして、少なくとも２タイミングで検知物体の距離と相対速度のレーダ装置方向成分とを検知することで、最接近距離を算出することが可能となる。

（２）また、この発明のレーダ装置の送受信手段は、検出信号として、送信信号と反射信号とから得られるビート信号を生成し、物体検知手段は、ビート信号の周波数を用いて物体の距離および相対速度を算出することを特徴としている。

この構成では、送受信手段は、送信波と受信波とをミキシングすることによりビート信号を生成する。既知のＦＭＣＷ方式のレーダ装置では、このビート信号の周波数は、距離に比例する周波数とドップラ周波数とを加算あるいは減算した周波数となる。そして、物体検知手段は、このビート信号周波数に基づいて距離および相対速度の算出方法を適用することで、物体の距離および相対速度のレーダ装置方向成分を算出する。

（３）また、この発明のレーダ装置の物体検知手段は、検知した複数の距離の時間変化に基づいて相対速度（相対速度のレーダ装置方向成分）を算出することを特徴としている。

この構成では、前述のドップラシフト周波数を用いずとも、レーダ装置から物体までの距離の変化から相対速度が算出できることを利用する。ここで、検知物体が一定速度でレーダ装置に近づいてくるという条件を用いて、物体検知手段は、検出した複数の距離から相対速度を検知する。

（４）また、この発明のレーダ装置の物体検知手段は、自装置を搭載した移動体の移動速度が所定閾値以上であるとき、算出した距離と最接近距離とに基づいて距離算出時点での方位角を算出することを特徴としている。

この構成では、レーダ装置（レーダ装置を搭載した移動体）の移動速度が所定閾値以上であれば、レーダ装置（レーダ装置を搭載した移動体）の進行方向と検知物体の進行方向とが平行であると仮定することができる。このため、各タイミングで検知した距離の方向と、前述の方法で算出した最接近距離の方向とが直交することを利用することができる。そして、これを利用することで、物体検知手段は、検知した距離と算出した最接近距離とから各距離検知タイミングでのレーダ装置の進行方向と物体との成す角度（物体角度φ）を算出する。

（５）また、この発明のレーダ装置は、送信信号および反射信号の光軸を例えば方位方向に走査して、またはモノパルスレーダのように走査することなく、物体の方位角（θ）を検知する方位角検知手段と、方位角（θ）と前記物体角度（φ）とに基づいて、物体が移動体と同一水平面にあるものと見なし、方位角検知手段で検知した方位角（θ）についての光軸のずれの補正を行う光軸補正手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、前述の方位角の算出方法とは別に、機構的または電気的に受信ビームを走査して信号強度から方位角を検知する方法を同時に備える。ここで、ビーム走査を行って方位角を検知する場合、光軸のズレによる方位角検知誤差が含まれる。一方で、前述の算出方法では距離と相対速度とから方位角を算出するので光軸のズレによる誤差は存在しない。このため、同じタイミングで取得した２つの方位角を比較すれば、光軸のズレによる方位角の補正量が算出される。

（６）また、この発明のレーダ装置は、前記物体の方位角（θ）を求める手段を有し、該手段によって求められた方位角（θ）、前記物体角度（φ）、前記距離（Ｒ）、および前記最接近距離（ｒ）に基づいて、前記物体の高さ（ｈ）を算出する物体高さ算出手段を備えたことを特徴としている。

具体的に、物体の高さｈは次のように算出される。図６は物体の高さｈの算出方法を説明するための図である。この例では道路標識が検知物体２００であり、レーダ装置１００の位置をＯ、物体２００の位置をＴ、物体の位置Ｔを水平面に投影した点をＳ、レーダ装置１００と物体とが最接近する時のレーダ装置の位置をＦで表している。

レーダ装置と物体との位置関係を４つの直角三角形Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる四面体で考えると、これら各直角三角形Ａ〜Ｄの各辺の長さは、レーダ装置から物体までの距離Ｒ、最接近距離ｒ、方位角θの値から全て導出することができる。ここで直角三角形Ａは頂点Ｏ−Ｆ−Ｔの三角形、直角三角形Ｂは頂点Ｏ−Ｆ−Ｓの三角形、直角三角形Ｃは頂点Ｆ−Ｓ−Ｔの三角形、直角三角形Ｄは頂点Ｏ−Ｓ−Tの三角形である。

（Ａ）まず上記最接近距離ｒとレーダ装置に対する物体の距離Ｒとは既知であるので、直角三角形Ａの残りの辺の距離（直線Ｏ−Ｆの長さ）は三平方の定理により
√（Ｒ²−ｒ²） −（８）
である。

（Ｂ）方位角θと直線Ｏ−Ｆの長さが求まったので、ここから直角三角形Ｂの斜辺の距離（直線Ｏ−Ｓの長さ）は
（１／cosθ）√（Ｒ²−ｒ²） −（９）
となり、横方向の距離に相当するもう一方の辺の距離（直線Ｆ−Ｓの長さ）は
tanθ√（Ｒ²−ｒ²） −（１０）
となる。

（Ｃ）直角三角形Ｃの斜辺の距離Ｒ、もう１つの辺の距離（直線Ｏ−Ｓの長さ）が求まっているので、直角三角形Ｃの残りの辺の距離（高さｈ）（直線Ｓ−Ｔの長さ）は三平方の定理により、
（１／cosθ）√（ｒ²−Ｒ² sin²θ） −（１１）
となる。

以上のようにして仰角方向のビームの走査を行うことなく物体の高さｈを算出することができる。

（７）また、この発明のレーダ装置は、最接近距離に基づいて検知物体との衝突の危険性を判定する衝突判定手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、最接近距離が算出されれば、この最接近距離を基準にして、例えば、自装置が搭載された移動体に対して、（Ａ）衝突する距離であるのか、（Ｂ）極近傍を通過し衝突危険性の高い距離であるのか、（Ｃ）所定距離以上離間し衝突危険性が低い距離であるのか、等を衝突判定手段が判断する。

（８）また、この発明の移動体は、前述のレーダ装置を備えるとともに、当該レーダ装置の衝突判定手段により得られる衝突予測情報に基づいて衝突回避動作を行う衝突回避手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、移動体は、レーダ装置から衝突予測情報が得られると、衝突回避手段にて衝突回避動作を行う。

（１）この発明によれば、レーダ装置により検知物体の距離と相対速度とを高精度に検知することができることを利用して、検知物体の距離の変化量と相対速度のレーダ装置方向成分の変化量とのみから最接近距離を算出することができるので、高精度で且つ高速にレーダ装置に対する検知物体の最接近距離を取得することができる。

（２）また、この発明によれば、ビート信号から得られるドップラ周波数を用いることで、相対速度のレーダ装置方向成分をより高精度に取得することができる。

（３）また、この発明によれば、ドップラ周波数を用いずとも検知距離から相対速度のレーダ装置方向成分を算出することができるので、一般的な測距のみを行うようなレーダ装置であっても最接近距離を取得することができる。

（４）また、この発明によれば、レーダ装置（レーダ装置を搭載した移動体）が高速に移動している場合に、水平方向へも受信ビームの走査を行うことなく、検知物体の方位角を得ることができる。

（５）また、この発明によれば、送信信号および反射信号の光軸ビームの走査を行わずに方位角を得ることができるので、その光軸を走査して得られる方位角の光軸補正を容易に行うことができる。

（６）また、この発明によれば、仰角方向に送信信号および反射信号の光軸ビームの走査を行わずに仰角（高さ）を得ることができるので、仰角方向のビーム走査に時間が掛かることがなく、処理系が複雑化することもなく、装置の規模も大きくならず、小型・軽量・低コストなレーダ装置および移動体を構成できる。

（７）また、この発明によれば、最接近距離に基づいて衝突判定が行われるので、移動体操作者や移動体の衝突回避制御システムに、衝突判定結果を与えることができる。

（８）そして、衝突回避手段を備えることで、容易に且つ正確に衝突回避動作を実行することができる。

第１の実施形態のレーダ装置の主要構成を示すブロック図、および、本レーダ装置１００を搭載した自車１０１による対向車１０２の最接近距離算出方法の概念を示す図である。 第１の実施形態のレーダ装置による最接近距離算出結果と従来の２次元速度を用いた最接近距離算出結果とを示す図である。 方位角算出の原理を説明する図である。 第４の実施形態の移動体のレーンキープの様子を示す図である。 最接近距離ｒの算出方法を説明するための説明図である。 物体までの距離Ｒ、最接近距離ｒ、および物体の高さｈの算出方法を説明するための説明図である。 第５の実施形態に係る移動体について説明する図であり、物体の３次元位置を示す図である。

符号の説明

１−信号処理回路、２−ＶＣＯ、３−分岐回路、４−送信アンテナ
５−受信アンテナ、６−ＬＮＡ、７−ミキサ、８−ＩＦアンプ
１００−レーダ装置、１０１−自車、１０２−対向車、１０３−他車
１１０−駆動制御部、
２００−物体（道路標識）
３０１−路側帯側静止物群、３０２−中央分離帯側静止物群
θ−方位角、φ−物体角度

《第１の実施形態》
この発明の第１の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、三角波状に周波数変調した送信信号を用いるＦＭＣＷ方式のレーダ装置を例に説明する。

図１（Ａ）は第１の実施形態のレーダ装置の主要構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は本レーダ装置１００を搭載した自車１０１による対向車１０２の最接近距離算出方法の概念を示す図である。なお、図１（Ｂ）は自車１０１が静止している状態を示した図であるが、これは説明を簡単にするために簡素化した図であり、この例では対向車１０２が検知物体であり、自車１０１と対向車１０２が同一水平面にある（自車１０１に対する対向車１０２の高さが０である）場合を例にしている。自車１０１は、正面方向すなわち対向車１０２と平行な方向に一定速度で移動している場合でも、以下に示す方法を適用することができる。また、自車１０１と対向車１０２とが異なる方向に一定速度で動いている場合にも、以下に示す方法を適用することができる。

本実施形態のレーダ装置１００は、信号処理回路１、ＶＣＯ２、分岐回路３、送信アンテナ４、受信アンテナ５、ＬＮＡ６、ミキサ７、ＩＦアンプ８を備える。そして、レーダ装置１００は、自動車である自車１０１の前方側の中心に配置されている。

信号処理回路１は、送信信号の周波数変調用の制御電圧信号を生成してＶＣＯ２に与える。また、信号処理回路１は、入力される受信信号のＩＦビート信号に基づき、後述する方法で、物体の相対速度のレーダ装置方向成分Ｖｍｏｄ（以下、「レーダ装置方向相対速度」と称する。）および距離Ｌ（水平距離）を算出するとともに、検知物体の最接近距離ｒを算出する。

ＶＣＯ２は、制御電圧信号に基づいて周波数が経時的に三角波状に変化する三角波変調送信信号を生成する。この際、送信信号の変調周期は、制御電圧信号の周期に準じて設定される。

分岐回路３は、ＶＣＯ２から出力された送信信号を送信アンテナ４に与えるとともに、その一部をローカル信号としてミキサ７に与える。

送信アンテナ４は、マイクロストリップアンテナ等により形成され、アンテナ正面方向がレーダ装置１００の搭載される自車１０１の正面方向と一致するように配置される。送信アンテナ４は、正面方向を放射指向性の中心として、所望とする検知領域全体に送信波を送信する。

受信アンテナ５は、検知領域に送信された送信波が領域内の物体に反射した反射波を受信する。受信アンテナ５は、検知領域の全方位から反射波を受信できる構造からなり、送信アンテナ４と同様に、マイクロストリップアンテナ等により形成される。そして、受信アンテナ５は、受信した反射波を電気変換し、検出信号として出力する。

ＬＮＡ６は受信アンテナ５からの検出信号を増幅してミキサ７に出力し、ミキサ７は、ＬＮＡ６からの受信信号と分岐回路３からのローカル信号とをミキシングして、ＩＦビート信号を生成する。ＩＦアンプ８はＩＦビート信号を増幅して信号処理回路１に出力する。

信号処理回路１は、取得したＩＦビート信号の少なくとも一変調周期分を用いて、既知のＦＭＣＷ方式から検知物体の距離Ｌおよびレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄを算出する。信号処理回路１は、このような距離Ｌおよびレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄの算出を予め設定されたタイミング毎、例えば一変調周期分のＩＦビート信号が取得される毎等に実行し、随時メモリ（図示せず）に記憶していく。この際、検知距離Ｌ、レーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄ、取得タイミングは関連付けして記憶される。

信号処理回路１は、取得タイミングを参照して所定時間間隔毎に、算出された距離Ｌ１，Ｌ２とレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄ１，Ｖｍｏｄ２とを用いて、前述の式（７）から最接近距離ｒを算出する。

このように本実施形態の構成を用いることにより、方位角を算出することなく、距離および相対速度のみを用いて検知物体の最接近距離を簡単・高速に算出することができる。そして、本実施形態のＦＭＣＷ方式のようにドップラ周波数を用いれば、距離のみでなく相対速度を高精度に算出することができるので、最接近距離を高精度に算出することができる。

図２は、本実施形態のレーダ装置による最接近距離算出結果と従来の２次元速度を用いた最接近距離算出結果とを示した図であり、横軸は自車１０１と対向車１０２との進行方向距離を表し、縦軸は各地点での算出最接近距離を表す。実線は本実施形態の場合、破線は２測定点の延長線を通過すると考えた場合である。

図２に示すように、従来装置では、約５〜６ｍまでしかバラツキ無く最接近距離を算出することができないが、本実施形態のレーダ装置を用いることで、約１０〜１１ｍまでは高精度に最接近距離を算出することができる。

ところで、このように算出した最接近距離は、次のように活用することができる。
信号処理回路１は、算出した最接近距離ｒと、距離Ｌおよびレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄとに基づいて、検知物体である対向車１０２の進行方向距離ｘと進行方向相対速度Ｖを算出する。そして、信号処理回路１は、衝突可能性と衝突または極接近するまでの時間（最接近時間）を算出する。

信号処理回路１は、得られた最接近時間を参照し、最接近時間が所定閾値内にある物体の最接近距離ｒを取得し、車幅を考慮した上で最接近距離に応じた衝突回避データを出力する。

最接近距離ｒと衝突回避データとは予め関連付けして記憶されており、例えば、最接近距離ｒが１ｍ以内であれば、衝突情報を自車１０１の駆動制御部１１０に与える。駆動制御部１１０は、衝突情報を取得すると、自動ブレーキ制御、自動回避操舵制御等の自動衝突回避制御を実行したり、ブレーキペダルの遊びをなくす、急操舵に備えて横滑り防止機能の動作を開始させる、シートベルトの遊びをなくす、エアバックの開放準備を行う等の危険防止援助制御を実行したりする。また、最接近距離ｒが２ｍ以内であれば警告音を発生し、最接近距離ｒが３ｍ以内であれば警告表示を行う。なお、これら閾値は、所望とする仕様に応じて適宜設定すればよい。

このような処理および制御を行うことにより、運転手に衝突危険性を正確に通知することができるとともに、衝突しそうな場合には確実に衝突回避制御を実行することができる。

ところで、このようなレーダ装置１００では、或る程度以上の速度になると自車の進行方向と対向車の進行方向とを平行に見なすことができる。すなわち、自車が、例えば５０ｋｍ／ｈ〜６０ｋｍ／ｈ程度で直線路を走行するような場合、自車１０１と対向車１０２とは平行な方向に進行していると見なすことができる。

これにより、信号処理回路１は、自車１０１の移動速度が閾値以上である場合、図３に示すような原理で、算出した最接近距離ｒと算出した距離Ｌ（水平距離）とを用いて方位角θを算出する。図３は方位角算出の原理を説明する図である。方位角θは式（１２）で求めることができる。

このように、本実施形態の構成を用いることで、受信ビームを走査させることなく、方位角θを簡単に算出することができる。

なお、本実施形態では移動体として自動車を例に示したが他の移動体、例えば、自動二輪や飛行機等にも適用することができる。

《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態に係るレーダ装置について説明する。本実施形態のレーダ装置は、第１の実施形態のレーダ装置と同じ構成から成り、例えば、電磁波もしくは光のパルスを送信し、そのパルスが反射して戻ってくるまでの時間を基に測距するレーダ装置である。

このようなレーダ装置の場合、前述のレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄを算出することはできないが、距離Ｌを算出することはできる。この場合、例えば、所定の微少時間間隔Δｔを設定し、当該微少時間間隔Δｔの最初の距離Ｌ１１と最後の距離Ｌ１２とを用いて、式（１３）からレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄ１を算出する。

このような方法で、それぞれに異なるタイミングのレーダ装置方向相対速度Ｖｍｏｄ１，Ｖｍｏｄ２を算出することで、第１の実施形態と同様に最接近距離ｒを算出することができる。これにより、相対速度を検知できないレーダ装置や、検知される相対速度の誤差が大きいレーダ装置であっても、最接近距離を簡易・高速に算出することができる。

《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態に係るレーダ装置について説明する。本実施形態のレーダ装置は、受信アンテナ５が検知領域の所定方向に沿って走査可能な構造からなるものであり、他の構成は第１の実施形態に示したレーダ装置と同じである。

受信アンテナ５は、複数のアンテナを方位方向（この場合は水平方向）に沿って配列して、順次アンテナを切り替えるスイッチを備えることにより構成されている。または、１つのアンテナを方位方向に走査する機構を備えることにより構成されている。

このような構造では、信号処理回路１に順次入力される検出信号は、時系列で異なる方位から得られたものである。信号処理回路１は、走査周期の一周期分の検出信号を順に取得して方位情報とともに記憶し、これら検出信号の信号強度を比較する。この際、当然に検知物体の方位に対応する検出信号が最も大きいので、信号処理回路１は、信号強度の最も大きい検出信号を抽出して、この検出信号に対応する方位角を検知する。

これと同時に、信号処理回路１は、前述の第１の実施形態に示した方法により、所定間隔で算出した最接近距離ｒと検知距離Ｌとから方位角を算出する。この算出された方位角は、レーダ装置の光軸と受信アンテナの正面方向とのズレに影響されず、光軸方向を正面基準方向とした値となる。一方で、前述の信号強度から検知する方位角は、光軸と正面方向とのズレを含んで検知される。

これを利用し、信号処理回路１は、所定間隔で最接近距離に基づく方位角と信号強度に基づく方位角とを比較し、これら方位角の差角を算出する。そして、信号処理回路１は、方位角の差角を補正値として、信号強度から算出する方位角から差分する処理を行う。このような方法を行うことにより、信号強度による算出方位角を補正することができる。この処理は、従来から多くある光軸補正のような自動車の停止時のみでしか行えないものではなく、走行中にも行うことができるので、自動車の走行中であっても随時信号強度による算出方位角の補正を行うことができ、随時正確な方位角を取得することができる。

なお、この方法では、最接近距離による方位角にも或る程度の算出値バラツキは存在する。このため、信号処理回路１は、次に示す方法を用いて補正値を算出してもよい。すなわち、信号処理回路１は、それぞれの方法（信号強度、最接近距離）により得られる方位角から得られる補正値を複数取得して記憶する。この際、複数の補正値は、同時に観測された複数の検知物体から得られる補正値を集めてなる複数の補正値であっても、１つの検知物体を経時的に観測し続けて得られた複数の補正値であってもよい。さらには、複数の検知物体を経時的に観測し続けて得られたものであってもよい。

信号処理回路１は、取得した補正値を記憶する際、対象となる検知物体の検知距離Ｌを関連付けて記憶しておく。そして、信号処理回路１は、得られた複数の補正値を検知距離Ｌの逆数等で重み付けして平均値を算出する。すなわち、レーダ装置１００の距離に反比例した重み付けを行う。なお、重み付け方法は、単に検知距離に対して反比例な重み付けをするものに限らず、レーダ装置１００に近いほど重みが与えられるような重み付け方法であればよい。信号処理回路１は、この算出された平均値を光軸ズレの補正値として出力する。

このような処理を行うことで、それぞれの方法で得られた方位角のバラツキによる補正値へ影響を抑圧することができ、より高精度に方位角の補正値を算出することができる。

《第４の実施形態》
次に、第４の実施形態に係る移動体の構成について図４を参照して説明する。
図４は本実施形態の移動体のレーンキープの様子を示す図である。なお、この図では中央分離帯が存在する高速道路を走行中の状態を示す。

自車１０１は、前述の実施形態に示すようなレーダ装置１００と駆動制御部１１０とを備える。レーダ装置１００は、前述の第３の実施形態に示したような走査機能を備え、図４に示すレーダ装置検知範囲４００を水平に走査して物体の検知を行う。

レーダ装置１００は、レーダ装置検知範囲４００内に受信ビームを走査しながら物体検知を行う。この動作により、図４の例では、他車１０３、路側帯側静止物群３０１、中央分離帯側静止物群３０２が検知され、それぞれの距離、相対速度および方位角が得られる。また、レーダ装置１００は、駆動制御部１１０等から自車１０１の走行速度を取得する。

レーダ装置１００は、所定時間に亘り、自車１０１の走行速度と、他車１０３、路側帯側静止物群３０１、中央分離帯側静止物群３０２の移動速度とを比較し、路側帯側静止物群３０１と中央分離帯側静止物群３０２との移動速度の絶対値がほぼ同じであり、移動方向が逆であることを検知すると、これらを静止体と判断する。また、レーダ装置１００には走査機構が備えられているので、レーダ装置１００は、自車１０１の進行方向左側に路側帯側静止物群３０１が存在し、自車１０１の進行方向右側に中央分離帯側静止物群３０２が存在することを検知する。また、レーダ装置１００は、前述の方法を用いて路側帯側静止物群３０１および中央分離帯側静止物群３０２の最接近距離Ｒ１，Ｒ２を算出する。そして、レーダ装置１００は、検知した各物体の相対速度、距離、方位角、最接近距離、移動体であるか静止体であるかの情報を随時出力する。

駆動制御部１１０は、レーダ装置１００から得られた各情報に基づき駆動制御を行うとともに、静止体として検知された路側帯側静止物群３０１および中央分離帯側静止物群３０２の最接近距離Ｒ１，Ｒ２が経時的に一定となるように駆動制御を行う。これにより、自車１０１は、路側帯側静止物群３０１および中央分離帯側静止物群３０２からの距離を一定に維持しながら走行することができる。すなわち、自車１０１に対するレーンキープ走行制御を実現することができる。

なお、このようなレーンキープ走行制御の際に、路側帯側静止物群３０１および中央分離帯側静止物群３０２の双方を同時に参照する必要はなく、中央分離帯側静止物群３０２のみを参照にしてもよい。より具体的には、日本のような自動車が左側通行の国では右側に検知された静止物を参照し、自動車が右側通行の国では左側に検知された静止物を参照にすればよい。これは、インターチェンジ進入路等の分岐が通常路側帯側にあり、またバス停等の本線待避レーンも路側帯側にあるため、路側帯側静止物群３０１は常時自車１０１の走行レーンと平行に設置されているとは限らないからである。これにより、さらに正確にレーンキープ走行制御を行うことができる。

このように、本実施形態の構成を用いれば、カメラ等による白線検知等を行わずとも、レーンキープ走行制御を正確に実行することができる。すなわち、簡素な構造でレーンキープ走行制御を正確に実行することができる。

なお、前述の各実施形態では、対向車等の検知物体が自車進行方向に対して平行で、且つ一定速度で近づく場合について示したが、対向車等の検知物体が自車に対して一定速度で近づくような場合であれば、自車進行方向に対して平行であることに限らず、前述の構成を適用することができる。

《第５の実施形態》
次に、第５の実施形態に係る移動体の構成について図７を参照して説明する。
第１〜第４の実施形態ではいずれも検知物体が対向車であるものと想定し、自車と対向車が同一平面内に存在するものとして扱ったが、この第５の実施形態ではたとえば道路標識等、自車より通常高い位置に存在する物体が検知物体であり、その物体の高さｈおよび方位角θを求める場合の例について示す。

図７は自車に搭載しているレーダ装置１００と前方斜め左上方に存在する物体（道路標識）２００との位置関係を示している。レーダ装置１００の位置をＯ、物体２００の中央位置をＴとすると、このＯに対するＴの位置関係は既に図６に示したとおりであり、物体２００の高さｈは、例えば第3の実施形態で採用したような手段で求めた方位角θ、距離Ｒ、および最接近距離ｒを式（１１）に適用して算出する。同様に、必要に応じてレーダ装置１００を搭載する自車が物体２００に最も接近した時の横方向距離（直線Ｆ−Ｓの長さ）を式（１０）によって求め、また進行方向距離（直線Ｏ−Ｆの長さ）を式（８）により求める。なお、方位角θは別の手段で求めても構わない。

なお、物体の高さｈを求める式（１１）はレーダ装置の高さより上下いずれの高さ位置にあっても成り立つ。例えば道路上の落下物等についても、レーダ装置からの「高さ」として検知される。しかし、道路面より下には物体は存在しないので、道路面に対するレーダ装置の設置高さより高い物体として検知された物体は当然にレーダ装置の高さより高い位置に存在する物体と見なせる。特に、車両用レーダ装置は、レーダ装置の設置位置がバンパー付近やフロントグリル前など、車高の中央高さより低い位置に配置されることが多いので、上述の理由により、車高より上方に存在する物体を検知することができる。

これらの値はホスト装置へ出力する。ホスト装置ではそれらの値に基づき、自車に対する物体（道路標識）２００の位置関係を表示部に３次元的に表示する。

《第６の実施形態》
第６の実施形態は、ホスト装置に対する処理の例を示すものである。
この第６の実施形態に係るレーダ装置は、第５の実施形態で示した方法により、方位方向にビームを走査するだけで物体の高さを求めるが、レーダ装置１００を搭載した自車の車速と物体の相対速度を基にして、全ての検知物体のうち静止物を抽出し、それらの鉛直方向の距離（高さ）を求める。そして移動物体については高さを求めない。または求めてもその高さ情報を出力しない。

一方、静止物については、その物体の高さが自車の通行の障害となる高さであるか否かを判定する。求めた横方向距離（図７の直線Ｆ−Ｓの長さ）が予め定めた値より小さく、且つ高さｈが予め定めた値より小さいとき、物体２００を障害物と見なして警告を出力し、また制動をかけるといった制御を行う。

これにより、道路標識、信号機、陸橋等が進行方向の正面にある場合でも、それらを障害物と見なすことがなくなる。

物体の下を通過できるか否かの判定を行う必要があるのは、静止物のみと考えてよいので、高さを求めるのは静止物のみで十分である。上述のように３次元相対位置を計算する対象を静止物体に限る（絞る）ことによって計算負荷を低減することができる。また、静止物以外の物体について高さを求めた場合でも、その情報をホスト装置へ送信しないことによって、上位システムとの間でデータの送受信に用いるバスの負荷を低減できる。

Claims (8)

1. 送信信号を送信し、当該送信信号の反射信号を受信して検出信号を出力する送受信手段と、
   前記検出信号に基づいて自装置に対する物体の距離および相対速度を検知する物体検知手段と、
   を備えたレーダ装置において、
   前記物体検知手段は、前記検出信号により得られる前記自装置に対する前記物体の距離の変化と、前記物体の相対速度の変化とに基づいて、前記物体の最接近距離を算出する手段を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記送受信手段は、前記送信信号と前記反射信号とから得られるビート信号を前記検出信号として生成し、
   前記物体検知手段は、前記ビート信号の周波数を用いて前記物体の距離および相対速度を算出する請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記物体検知手段は、検知した複数の距離の時間変化に基づいて前記相対速度を算出する請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記自装置を搭載した移動体の移動速度が所定閾値以上であるとき、前記物体の距離（Ｒ）と前記最接近距離（ｒ）とに基づいて、前記移動体の移動方向に対する前記物体の成す物体角度（φ）を算出する手段を備えた請求項１〜３のいずれかに記載のレーダ装置。
5. 前記物体の方位角（θ）を検知する方位角検知手段と、
   前記方位角（θ）と前記物体角度（φ）とに基づいて、前記物体が前記移動体と同一水平面にあるものと見なしたときの、前記方位角検知手段で検知した方位角（θ）についての前記光軸のずれの補正を行う光軸補正手段と、
   を備えた請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記物体の方位角（θ）を求める手段を有し、該手段によって求められた方位角（θ）、前記物体角度（φ）、前記距離（Ｒ）、および前記最接近距離（ｒ）に基づいて、前記物体の高さ（ｈ）を算出する物体高さ算出手段を備えた１〜３のいずれかに記載のレーダ装置。
7. 前記最接近距離に基づいて前記物体との衝突の危険性を判定する衝突判定手段を備えた請求項１〜６のいずれかに記載のレーダ装置。
8. 請求項７に記載のレーダ装置を備えるとともに、
   前記衝突判定手段により得られる衝突予測情報に基づいて衝突回避動作を行う衝突回避手段を備えたことを特徴とする移動体。

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